爱华网物理学报ActaPhys.Sin.Vol.64,No.3(2015)038401 专题:新型太阳能电池专题 平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳 ∗电池研究进展 王福芝1)2) 谭占鳌1)2)† 戴松元1)2) 李永舫3) 102206)102206)…
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微型医疗机器人
摘要： 科学技术的发展和人类对生存质量的要求， 无创或微创诊疗技术已成为国际生物医学工程领域、机电工程领域研究和开发的重点之一。随着各项技术的发展， 器件的尺寸会越来越小。由于微型机器人在体内运动时不会给内腔有机组织造成损伤， 从而可减轻或消除微型机器人在体内运动时给患者带来的不适与痛苦。在医学界也越来越受到推崇。 关键字：微型机器人 医疗 无创
近年来， 采用MEMS 技术的微型卫星、微型飞行器和进入狭窄空间的微机器人展示了诱人的应用前景和军民两用的战略意义。因此， 作为微机电系统技术发展方向之一的基于精密机械加工微机器人技术研究已成为国际上的一个热点， 这方面的研究不仅有强大的市场推动， 而且有众多研究机构的参与。目前国内对微型机器人的研究主要集中在三个领域: ( 1)面向煤气、化工、发电设备细小管道探测的微型机器人。( 2) 针对人体、进入肠道的无创诊疗微型机器人。( 3) 面向复杂机械系统非拆卸检修的微型机器。
微型机器人是可编程通用的微型机械， 用M EMS 研究开发的重要分支。微型机器人系统本身很小， 便于进人微小空间进行操作。微型机器人不可简单理解为普通机器人的微小化。微型机器人学是一个多学科交叉的前沿学科， 它以机械电子技术为基础， 还涉及到化学、计算机科学、材料科学、生物科学、通信和自动控制等领域。虽然大管道中行走的机器人国内外已开发了许多， 但在直径20 rn nn 左右管道中的微型机器人的研究才刚起步， 由于受结构尺寸和作业空间的限制， 微型机器人很难采用常规的驱动方式和驱动机构， 必须研究出新颖的驱动方式和相应的驱动器。管道微型机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走，携有一种或多种传感器及操作器， 在操作人员的遥控操作或计算机的自动控制下， 能够进行一系列管道作业的机电仪一体化系统。管道微型机器人的应用范围有医疗、生物工程、细小工业管道的检测和维修等。
近几年来， 医疗机器人技术的研究与应用开发进展很快， 微型医疗机器人是其中最有发展前途的应用领域， 据日本科学技术政策研究所预测， 到2017 年医疗领域使用微型机器和机器人的手术将超过全部医疗手术的一半。
当前对医用微型机器人的研究工作主要有图像制导外科手术和微创伤外科手术。微创伤外科手术又称内窥镜检查手术， 它可以减小手术的负效应、提高手术质量减轻病人痛苦和缩短恢复时间等， 因而已成为国内外的一个研究热点问题。目前， 对微创外科手术的研究主要集中在采用新材料改进传统的医用内窥镜系统， 将内窥镜系统进一步微型化、柔性化以及采用微型机器人驱动机构改进医用内窥镜系统进入体内腔的方式。由于微型机器人驱动机构通过控制可以自动平稳地在内腔管道中运行， 自律柔顺地适应复杂弯曲的内腔管道， 所以研制能自动把医用内窥镜系统送入到人体内腔各个部位的微型机器人驱动机构己经成为国内外许多学者致力研究的目标。
国内的的许多科研院所主要开展了无创伤微型医疗机器人的研究， 取得了一些成果。无损伤医用机器人主要应用于人体内腔的疾病医疗， 它可以大大减轻或消除目前临床上使用的各类窥镜、内注射器、内送药装置等医疗器械给患者带来的严重不适合及痛苦。
医用窥镜在医疗运用中有非常重要的作用，一个多世纪来，人们设计和运用了许许多多的专用内窥镜，从简单的硬管内窥镜，到现在的光导纤维内窥镜、电子内窥镜、超声波内窥镜，林林种种，不一而足。但每一种内窥镜都有自己的不足之处，正是由于这些不足之处，也推动了人们对医用机械设备的研究，使医用设备不断向前发展。其中形状记忆合金驱动内窥镜机器人就是在此基础上地得到快速发展。
形状记忆合金驱动内窥镜机器人由多节能独立运动的驱动器组成， 主要包括: 外套管、内套管、连接部分、回复弹簧和形状记忆合金驱动器。它每节上有三个形状记忆合金驱动器在圆周上成等边三角形分布， 这样每节驱动装置有多个自由度， 其中两个驱动器装配在连接部位的上层， 另一个驱动器放置在连接部位的下层。该内窥镜机器人系统的核心是通过形状记忆合金包在其上的一层镍薄膜为加热媒介， 以间接加热方式达到驱动目的。为了获得更大的弯曲度和更快的响应速度， 系统采用微型形状记忆合金弹簧作为驱动器， 以弹簧变形后的回复力作为形状记忆合金的外施加力芯片来完成通讯和控制功能。节与节之间的连接部位上的集成芯片， 不但可控制单个形状记忆合金的弯曲角度， 也可以控制多个形状记忆合金同时弯曲变形， 医护人员可以在人体外面控制内窥镜在体内的运动， 通过调节形状记忆合金驱动器上通过的电流大小控制速度及各个形状记忆合金弯曲角度的不同产生的合力达到控制整个内窥镜向预设方向运动， 实现该系统立体三维运动的目的， 以适应人体内弯曲不平的内环境。
现今医学上仍有有一些难题那一攻破，而癌症正是目前仍然被医学界视为不可治愈的绝症，如何准确快速地做出诊断就显得尤为重要。
英国科学家最近研制出一款微型机器人，可以像药丸一样吞入患者体内，并自动对癌变组织进行检测和拍照。这款最新研制的机器人只有普通药丸大小，当被吞入体内后，就会自动在体内寻找癌症病变。它还可以及时对肿瘤做出检测，然后将检测的数据和结果传送到一台电脑上。这款微型机器人还携带着一台微型摄像机，可以拍摄大约4 万幅人体肠胃等部位的照片。这些高清晰的照片将有助于医生们对病人做出进一步的诊断。该机器人的研发者表示，这种极具革命性的机器人最终研制成功，将使得成千上万名肠胃癌症患者免受活组织切片或者外科手术的痛苦。这款机器人的诊断原理主要是，机器人自动检测患者体内组织的流体，然后进行分析判断，同时提供癌部位的照片供医生们进一步做出判断。由于体内组织的流体在抽取和运送过程中会受到破坏，因此由机器人在体内直接抽取并进行检测将具有不可替代的优势。
不论现今技术有多发达，但随着科技的不断进步，人们的不断需求，将会推动科技在医用上得到更快的发展，使科技更好的服务于人，更好的为人们的衣食住行提供方便。
参考文献
【1】宋晓峰、谈士力 微型机器人的发展和研究现状《机床与液压》2004，1：1~2
【2】沈航、 周丁华 胃肠内窥镜微型机器人的研究与开发《制造业自动化》2007，10：45
【3】：宗贺 药片机器人腹中查癌症中华工商时报：2007，2
微型医疗机器人 摘要： 科学技术的发展和人类对生存质量的要求， 无创或微创诊疗技术已成为国际生物医学工程领域、机电工程领域研究和开发的重点之一。随着各项技术的发展， 器件的尺寸会越来越小。由于微型机器人在体内运动时不会给内腔有机组织造成损伤， 从而可…
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